DE1118897B

DE1118897B - Device for measuring the intensity of ionizing radiation

Info

Publication number: DE1118897B
Application number: DEL33689A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Habil Adolf Trost
Original assignee: Laboratorium Prof Dr Rudolf Berthold GmbH and Co KG
Current assignee: Laboratorium Prof Dr Rudolf Berthold GmbH and Co KG
Priority date: 1959-07-09
Filing date: 1959-07-09
Publication date: 1961-12-07

Description

Einrichtung zur Intensitätsmessung ionisierender Strahlung Zur Intensitätsmessung schwacher ionisierender Strahlungen werden vorzugsweise Strahlensonden verwendet, bei denen die von den Strahlenquanten oder -teilchen ausgelösten Impulse unmittelbar in der Sonde in Abhängigkeit von der Betriebsspannung der Sonde hoch verstärkt und dann erst einem Registriergerät zugeführt werden. Solche Sonden sind beispielsweise Geiger-Müller-lahlwhre, Proportionalzähler oder Szintillometer. Beim Geiger-Müller-Zählrohr werden Entladungsstöße ausgelöst, deren Größe unabhängig von der Energie des auslösenden Strahlenquantes oder -teilchens, aber stark abhängig von der Betriebsspannung des Zählrohres ist. Beim Proportionalzähler und beim Szintillometer ist dagegen die Größe der Ausgleichsimpulse sowohl von der Strahlenenergie als auch von der Betriebsspannung der Sonde abhängig.Device for measuring the intensity of ionizing radiation For measuring the intensity weak ionizing radiation radiation probes are preferably used, in which the impulses released by the radiation quanta or particles are immediate and highly amplified in the probe depending on the operating voltage of the probe only then are fed to a recording device. Such probes are for example Geiger-Müller dials, proportional counters or scintillometers. With the Geiger-Müller counter tube discharge surges are triggered, the size of which is independent of the energy of the triggering one Radiation quantum or particle, but strongly dependent on the operating voltage of the Counter tube is. With the proportional counter and the scintillometer, on the other hand, is the The size of the compensation impulses both from the radiation energy and from the operating voltage depends on the probe.

Die Strahlenintensität kann bei diesen Sonden durch Strommessung, d. h. durch Messung des aus den einzelnen Impulsen zusammengesetzten Ausgangsstrornes ermittelt werden; dabei ist die Anzeige besonders stark abhängig von der Betriebsspannung der Sonde. Die Anzeigeabhängigkeit ist bei Impulszählung kleiner, bei der die Ausgangsimpulse auf ein Zählgerät gegeben und unabhängig von der Impulsgröße gezählt bzw. die Zahl der Impulse in der Zeiteinheit in einem Ratemeter bestimmt wird. Man erhält innerhalb bestimmter Grenzen der Betriebsspannung sogenannte »Konstanzbereiche«, in denen die registrierte Stoßzahl zwar wenig, aber doch merklich von der Betriebs spannung abhängt. Es ist deshalb üblich, die Betriebsspannung, vorzugsweise durch elektronische Stabilisierung unter Vergleich mit einer hochkonstanten Spannungsquelle, auf einem konstanten Absolutwert zu halten. With these probes, the radiation intensity can be determined by measuring the current, d. H. by measuring the output current composed of the individual pulses be determined; the display is particularly dependent on the operating voltage the probe. The display dependency is smaller with pulse counting, with the output pulses given to a counter and counted regardless of the pulse size or the number the impulses in the unit of time is determined in a rate meter. One receives within certain limits of the operating voltage, so-called »constancy ranges«, in which the number of impacts registered is little, but noticeably dependent on the operating voltage depends. It is therefore common to have the operating voltage, preferably by electronic Stabilization compared with a highly constant voltage source, on one to keep a constant absolute value.

Leider beobachtet man trotzdem, auch bei extrem konstant gehaltener Betriebsspannung der Strahlensonden, insbesondere bei lang dauernden Messungen, Anzeigeänderungen bei gleichbleibender Strahlenintensität, welche in vielen Fällen die an sich erreichbare Meßgenauigkeit in unerwünschter Weise einschränken. Diese Änderungen sind verursacht durch Änderungen des Verstärkungsfaktors der Sonde. Unfortunately, one observes anyway, even when it is kept extremely constant Operating voltage of the radiation probes, especially for long-term measurements, Display changes with constant radiation intensity, which in many cases limit the measurement accuracy that can be achieved in an undesirable manner. These Changes are caused by changes in the gain of the probe.

Man erhält eine höhere Anzeigekonstanz, sowohl bei Strommessung wie bei Impulszählung, wenn nicht die Sondenspannung konstant gehalten, sondern so geregelt wird, daß der Verstärkungsfaktor, d. h. die Impulsgröße am Sondenausgang konstant bleibt; dann arbeitet man stets am gleichen Punkt der Sondencharakteristik bzw. am gleichen Punkt des »Konstanzbereiches«. A higher display constancy is obtained, both for current measurement and with pulse counting, if the probe voltage is not kept constant, but regulated in this way it becomes that the gain factor, i. H. the pulse size at the probe output is constant remain; then you always work at the same point of the probe characteristics or at the same point of the "constancy area".

Für Geiger-Müller-Zählrohre ist eine Schaltungs- anordnung bekannt, bei der durch jeden Impuls, der eine bestimmte Größe überschreitet, die Sondenspannung durch eine Stromtorentladung um etwa 10 V herabgesetzt wird. Diesem Vorgang überlagert ist ein langsames Ansteigen der Sondenspannung, die deshalb bei hinreichend großer Impulszahl sägezahnartig zwischen zwei Grenzwerten variiert. Bei einer solchen Einrichtung muß zunächst die diskontinuierliche Regelung der Spannung als nachteilig betrachtet werden. Außerdem aber ist eine solche Einrichtung zwar geeignet für Geigerzähler, bei denen die Impulsgröße unabhängig von der Strahlenenergie ist, dagegen ungeeignet für Sonden wie Szintillometer oder Proportionalzähler, bei denen die Impulsgröße von der Quantenenergie abhängt. Mißt man beispielsweise mit einem Szintillometer die Strahlung eines Cst37-Präparates, so treten neben den von diesem Präparat herrührenden Impulse andere auf, welche von der natürlichen Umgebungsstrahlung und der Höhenstrahlung ausgelöst sind. Diese Impulse sind zu einem erheblichen Teil größer als die von Cs137 verursachten, insbesondere -sind die von Mesonen der Höhenstrahlung hervorgerufenen Impulse vielfach größer als die Cs137-Impulse. Eine nach diesem Prinzip gebaute Einrichtung würde deshalb vor allem auf die Impulse der Höhenstrahlung ansprechen und nach deren Größe die Sondenspannung regulieren. Da aber diese Impulse wiederum verschieden groß sind und zudem die Zahl dieser Impulse je nach Kristallgröße nur einige Impimin bis Imp/sec beträgt, würde die Sondenspannung erheblichen statistischen Schwankungen unterworfen sein, die im allgemeinen nicht tragbar sind. For Geiger-Müller counter tubes, a circuit is arrangement known, with each pulse that exceeds a certain size, the probe voltage is reduced by about 10 V by a current gate discharge. Superimposed on this process is a slow rise in the probe voltage, which is why it is sufficiently large The number of pulses varies between two limit values like a sawtooth. With such a facility the discontinuous regulation of the voltage must first be regarded as disadvantageous will. In addition, such a device is suitable for Geiger counters, in which the pulse size is independent of the radiation energy, however, unsuitable for probes such as scintillometers or proportional counters, where the pulse size depends on the quantum energy. For example, if you measure with a scintillometer the radiation of a Cst37 preparation, then occur next to those originating from this preparation Other impulses from the natural ambient radiation and cosmic radiation are triggered. These impulses are to a considerable extent greater than those of Cs137 caused, in particular, those caused by mesons of cosmic radiation Pulses many times greater than the Cs137 pulses. One built according to this principle Facility would therefore respond primarily to the impulses of cosmic radiation and regulate the probe voltage according to their size. But there these impulses in turn are of different sizes and, moreover, the number of these pulses only depends on the size of the crystal a few Impimin to Imp / sec, the probe voltage would be considerable statistical Be subject to fluctuations that are generally unsustainable.

Für Szintillometer wurde vorgeschlagen, die Szintillometerspannung durch Vergleich der Impulszahlen in zwei benachbarten Energiekanälen, die auf den beiden Seiten einer Energielinie liegen, zu steuern. For scintillometers it has been suggested to use the scintillometer voltage by comparing the pulse numbers in two adjacent energy channels, that are on either side of an energy line.

Eine derartige Einrichtung errnöglicht zwar eine sehr genaue Steuerung der Sondenspannung, die Methode hat aber vor allem zwei Nachteile. Einerseits ist für diese Steuerung ein Zweikanaldiskriminator oder ein Einkanaldiskriminator mit einer Modulationseinrichtung und damit ein erheblicher schaltungstechnischer Aufwand erforderlich. Andererseits muß eine derartige Einrichtung vor der Messung zunächst willkürlick auf eine bestimmte Energielinie eingestellt werden.Such a device allows a very precise control the probe voltage, the method has two main disadvantages. On the one hand is a two-channel discriminator or a single-channel discriminator for this control a modulation device and thus a considerable amount of circuitry necessary. On the other hand, such a device must first of all before the measurement can be set arbitrarily on a certain energy line.

Da jedes Spektrum mehrere Energielinien enthält (auch bei homogener Strahlung tritt zumindest durch Comptonstreuung eine zweite Energielinie auf), besteht beim Ausschalten und Wiedereinschalten der Einrichtung, beispielsweise auch bei einem vorübergehenden Netzausfall, die Gefahr, daß sich die Einrichtung von selbst auf eine andere Energielinie einstellt. Insbesondere für einen technischen Dauerbetrieb ist somit eine derartige Einrichtung ungeeignet, bzw. es wären weitere Sicherungsmaßnahmen und damit ein vermehrter Aufwand erforderlich.Since every spectrum contains several energy lines (even with homogeneous Radiation occurs at least a second line of energy through Compton scattering), exists when switching the device off and on again, for example also when a temporary power failure, there is a risk that the device will work by itself adjusts to a different energy line. Especially for technical continuous operation such a device is therefore unsuitable or further safety measures would be required and thus an increased effort is required.

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung, welche auch bei Sonden, deren Ausgangsimpulse sowohl von der Betriebsspannung als auch von der Strahlenenergie abhängen, beispielsweise bei Szintillometern oder Proportionalzählrohren, eine einfache kontinuierliche und eindeutige Steuerung der Sondenspannung auf Konstanz des Verstärkungsfaktors ermöglicht, wenn genaue Intensitätsmessungen bei Strahlengemischen durchzuführen sind, die aus Komponenten mit sehr verschiedenen, aber größenordnungsmäßig bekannten Intensitäten bestehen. Ein wichtiger Anwendungsfall sind die Durchstrahlungsverfahren, bei denen mit willkürlichen Strahlenquellen gearbeitet wird. Neben deren Komponenten fallen auf die Sonde auch die Komponenten des natürlichen Strahlenuntergrundes mit zum Teil höherer Strahlenenergie, aber sehr viel kleinerer Intensität. The subject of the invention is a device which can also be used for probes, their output pulses both from the operating voltage and from the radiation energy depend, for example, with scintillometers or proportional counter tubes, a simple one continuous and unambiguous control of the probe voltage to ensure that the gain factor remains constant enables precise intensity measurements to be carried out in the case of radiation mixtures are made up of components with very different, but of the order of magnitude known Intensities exist. Radiographic methods are an important application, who work with arbitrary radiation sources. In addition to their components the components of the natural radiation background also fall on the probe partly higher radiation energy, but much lower intensity.

Die Einrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse, vorzugsweise nach Verstärkung, über einen Gleichrichter einen Kondensator aufladen, dem ein Entladewiderstand parallel geschaltet ist, wobei die Zeitkonstante des Entladekreises groß ist gegenüber dem mittleren Zeitabstand zwischen zwei Impulsen, die durch die energiereichste der starken Strahlenkomponenten hervorgerufen werden, aber klein gegenüber dem mittleren Zeitabstand von zwei Impulsen, die von schwachen Komponenten noch höherer Energie, beispielsweise der Höhenstrahlung, herrühren, und daß der zeitliche Mittelwert der Kondensatoraufladung die Sondenspannung auf Konstanz dieses Mittelwertes steuert.The device according to the invention is characterized in that the pulses, preferably after amplification, via a rectifier and a capacitor charge, to which a discharge resistor is connected in parallel, with the time constant of the discharge circle is large compared to the mean time interval between two pulses, caused by the most energetic of the strong radiation components, but small compared to the mean time interval of two impulses, those of weak ones Components of even higher energy, for example cosmic radiation, come from and that the mean value of the capacitor charge over time gives rise to the probe voltage Constancy of this mean value controls.

Ein Schaltungsbeispiel zeigt die Figur. Die Strahlung 1 fällt auf die Sonde 2, beispielsweise ein Szintillometer. Am Arbeitswiderstand 3 entstehende negative Impulse werden über den Kopplungskondensator 4 einem Verstärker 5 zugeführt, der die verstärkten, positiven Impulse über den Kopplungskondensator 6 auf den Widerstand 7 gibt, an den das Zählgerät, beispielsweise ein direkt die Stoßzahl je Sekunde anzeigendes Ratemeter 8, angeschlossen ist. The figure shows a circuit example. Radiation 1 is noticeable the probe 2, for example a scintillometer. Arising at the work resistance 3 negative pulses are fed to an amplifier 5 via the coupling capacitor 4, which the amplified, positive pulses through the coupling capacitor 6 to the resistor 7 gives to which the counting device, for example, directly the number of bursts per second indicating rate meter 8 is connected.

Gemäß der Erfindung werden die Impulse über den Gleichrichter 9 auf den Ladekondensator 10 mit der Kapazität C10 gegeben, zu dem ein Entladewiderstand 11 von der Größe R11 parallel geschaltet ist.According to the invention, the pulses via the rectifier 9 are on given the charging capacitor 10 with the capacitance C10, to which a discharge resistor 11 of the size R11 is connected in parallel.

Der Ausgang des Verstärkers 5 mit 7 soll dabei hin- reichend niederohmig gegenüber 10 und 11 sein.The output of amplifier 5 with 7 should be reaching low resistance be opposite 10 and 11.

Wird diese Anordnung beispielsweise verwendet für eine Durchstrahlungsprüfung mit Csls7, so entsprechen die größten von dieser Strahlenquelle herrührenden Impulse der vollen Quantenenergie von 661keV. Außerdem tritt eine Anzahl kleinerer Impulse auf, bei denen die Quantenenergie als Folge der Comptonstreuung nur teilweise in Elektronenenergie umgesetzt wurde. Ferner beobachtet man sehr kleine Impulse, hervorgerufen von einer zweiten Strahlenkomponente mit einer Quantenenergie von 32keV. In der Schaltungsanordnung nach der Figur lädt sich der Kondensator 10, unbeeinflußt von allen kleineren Impulsen, auf die den großen Impulsen von 661 keV entsprechende Spannung auf, wenn lediglich die Zeitkonstante R11 C10 groß gegenüber dem mittleren Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden großen Impulsen gewählt wird. In unserem Beispiel treten jedoch noch die schon erwähnten vereinzelten größeren Impulse aus der Ultrastrahlung und Erdradioaktivität auf. Ohne den Widerstand R11 oder bei zu großer Zeitkonstante R11 C10 würden diese übergroßen Impulse die Aufladung des Kondensators 10 bestimmen bzw. wesentlich beeinflussen. Da die Zahl der CstS7-Impulse schon aus Gründen der Strahlenstatistik bzw. der Meßgenauigkeit groß- gewählt werden muß gegenüber der Intensität der Umgebungsstrahlung, läßt sich jedoch die Zeitkonstante RtlClo so wählen, daß sie zwar groß in bezug auf die Impulsfolge der Cs187-Strahlung, aber klein gegenüber der Impulsfolge der übergroßen Impulse ist, so daß sich das System im Mittel auf die Impulsgröße der CslS7-Strahlung stabilisiert. Günstig wirkt dabei noch die Höhenbegrenzung der übergroßen Impulse durch den endlichen Aussteuerungsbereich des Verstärkers 5.If this arrangement is used, for example, for a radiographic test with Csls7, then correspond to the largest impulses originating from this radiation source the full quantum energy of 661keV. There are also a number of smaller pulses in which the quantum energy as a result of Compton scattering is only partially in Electron energy was implemented. Furthermore, one observes very small impulses that are produced from a second ray component with a quantum energy of 32keV. In the The circuit arrangement according to the figure charges the capacitor 10, unaffected by all smaller impulses corresponding to the large impulses of 661 keV Voltage on when only the time constant R11 C10 is large compared to the mean Time interval between two successive large pulses is chosen. In In our example, however, the already mentioned isolated larger impulses still occur from ultra-radiation and terrestrial radioactivity. Without the resistor R11 or at If the time constant R11 C10 is too large, these oversized pulses would reduce the charging of the Determine or significantly influence capacitor 10. As the number of CstS7 pulses should be chosen large for reasons of radiation statistics or the measurement accuracy must be compared to the intensity of the ambient radiation, but the time constant Choose RtlClo so that, although it is large in relation to the pulse sequence of the Cs187 radiation, but is small compared to the pulse train of the oversized pulses, so that the System stabilized on average to the pulse size of the CslS7 radiation. Acts favorably plus the height limitation of the oversized impulses due to the finite modulation range of the amplifier 5.

Durch die Wirkung des Entladewiderstandes 11 ist die am Kondensator 10 liegende Gleichspannung von vergleichsweise kleinen statistischen Schwankungen überlagert. Deshalb wird diese Spannung noch geglättet, indem man vom Kondensator 10 über den Widerstand 12 den Kondensator 13 aufladen läßt. The effect of the discharge resistor 11 is that of the capacitor 10 lying DC voltage of comparatively small statistical fluctuations superimposed. Therefore this voltage is evened out by removing the capacitor 10 can charge the capacitor 13 via the resistor 12.

Die an 13 entstehende geglättete Spannung wird in bekannter Weise mit einer Konstantspannungsquelle, beispielsweise einer Stabilisatorglimmröhre 14, verglichen; mit Hilfe der Röhren 15 und 16 sowie des Widerstandes 17, die von der Spannungsquelle 18 gespeist sind, wird an der Kathode der Röhre 16 die kontinuierlich geregelte Betriebsspannung für die Meßsonde erzeugt. Diese Spannung stellt sich automatisch so ein, daß die Impulsgröße der aufladenden Strahlungskomponente und somit auch die-Gesamtverstärkung der Sonde mit dem nachgeschalteten Verstärker 5 konstant bleibt.The smoothed voltage arising at 13 is adjusted in a known manner with a constant voltage source, for example a stabilizer glow tube 14, compared; with the help of the tubes 15 and 16 and the resistor 17, which of the Voltage source 18 are fed, the continuous at the cathode of the tube 16 regulated operating voltage generated for the measuring probe. This tension arises automatically so that the pulse size of the charging radiation component and thus also the overall gain of the probe with the downstream amplifier 5 remains constant.

Claims

PATENT CLAIM: Device for measuring the intensity of ionizing Radiation with radiation mixtures from known components of very different intensities, especially for material investigation according to the absorption method, with probes, their Output pulses depend on the probe operating voltage and the beam energy, for example with scintillometers or proportional counters, characterized in that that the pulses, preferably after amplification, via a rectifier and a capacitor charge, to which a discharge resistor is connected in parallel, with the time constant of Discharge circle is large compared to the mean time interval between two pulses, caused by the most energetic of the strong components, but small compared to the mean time interval of two pulses from weak components even higher energy, for example cosmic radiation, are caused, and that the time liche mean value of the capacitor charge adjusts the probe voltage to constancy this mean tax & Considered publications: Nucleonics, Vol 13, 1955, No. 7, pp. 36 to 41; Review of Scientific Instruments, B. 20, 1949, No. 12, pp. 955, 956.